随着科学技术的进步和人类对海洋石油资源认知水平的不断提高,深水油气开发已成为世界石油工业的焦点和科技创新的前沿。海底管道是深水油气开发的重要组成部分,对海上油气田的开发、生产和外输起着关键性的作用。深水海底管道铺设过程受到众多环境因素和施工因素的影响。诸多因素的耦合作用具有很强的非线性特性,从而导致了安装过程中管线的形态,运动及其控制相当复杂。因此,针对管线S型铺设的关键力学问题及分析方法开展研究是非常必要的。本文以我国南海油气开发模式为依据,对深水S型铺设海底管线进行相应的力学分析及分析方法研究。本文应用大变形理论建立了深水S型铺管中管道形态的大挠度梁微分方程,证明管道悬垂段形态可以用自然悬链线进行近似模拟。此外,还对安装过程中管线非线性边界条件采用专门方法进行了处理。首先对海底土壤地基对触底段管道的垂向、侧向和轴向的反力作用进行了模拟。接下来又提出了铺设过程中托管架托辊与过弯段管道的全接触模型,真实模拟了铺管作业中过弯段管道的实际状态。同时,还实现了通过对托管架上托辊进行曲线拟合来调节托辊的位置。这些都为S型铺管中管线的整体非线性力学特性研究奠定了基础。利用上述分析方法,研究了海流、托管架管道入水角、托管架尺寸以及铺管船运动等对管线铺设过程中安全性的影响,得到了相应的规律,为深水管道铺设工艺和技术提出了十分重要的建议。本文还对文中所得结果进行了计算验证,使本文提出的数值模拟方法和力学分析方法更具准确性。这些都将有效指导工程实际,并为深水铺管作业动态监测及铺管阶段管道完整性管理提供了技术支持。